Главная » 2014»Август»4 » Скачать Моделирование тепломассообмена и совершенствование конструкции аппарата для очистки промышленных газов от аэрозольных включений. бесплатно
4:00 AM
Скачать Моделирование тепломассообмена и совершенствование конструкции аппарата для очистки промышленных газов от аэрозольных включений. бесплатно
Моделирование тепломассообмена и совершенствование конструкции аппарата для очистки промышленных газов от аэрозольных включений
Диссертация
Автор: Солженикин, Павел Анатольевич
Название: Моделирование тепломассообмена и совершенствование конструкции аппарата для очистки промышленных газов от аэрозольных включений
Справка: Солженикин, Павел Анатольевич. Моделирование тепломассообмена и совершенствование конструкции аппарата для очистки промышленных газов от аэрозольных включений : диссертация кандидата технических наук : 01.04.14, 05.14.04 / Солженикин Павел Анатольевич; [Место защиты: Воронеж. гос. техн. ун-т] - Воронеж, 2008 - Количество страниц: 179 с. ил. Воронеж, 2008 179 c. :
Объем: 179 стр.
Информация: Воронеж, 2008
Содержание:
Основные обозначения Индексы
ГЛАВА 1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ОЧИСТКИ ГАЗОВЫХ ПОТОКОВ ОТ АЭРОЗОЛЬНЫХ ВКЛЮЧЕНИЙ
11 Классификация отраслей промышленности и предметные задачи, в которых используется очистка газов от аэрозольных примесей
12 Существующие способы очистки газовых потоков и устройства для их осуществления
13 Подходы к моделированию и расчету явлений переноса при очистке газовых потоков от аэрозольных частиц
ГЛАВА 2 МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ТЕПЛОМАССООБМЕННОГО ПЕРЕНОСА В ГЕТЕРОГЕННОЙ СИСТЕМЕ «ГАЗ КАПЕЛЬНАЯ ЖИДКОСТЬ»
21 Идентификация температурных полей в рабочей камере
22 Кинетическая модель зародышеобразования, роста и осаждения капель жидкости в рабочей камере при движении потока
23 Решение и анализ уравнений модели
24 Вычислительный эксперимент по математической модели
ГЛАВА 3 ЭКСПЕРИУШНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ОЧИСТКИ ГАЗОВОГО ПОТОКА ОТ АЭРОЗОЛЬНЫХ ВКЛЮЧЕНИЙ
31 Описание экспериментальной установки
32 Метрологическое обеспечение приборного оснащения и методика проведения эксперимента
33 Методика обработки экспериментальных данных J
34 Разработка мероприятий по оптимизации конструкции установки и способа проведения процесса очистки газового потока от аэрозольных частиц
ГЛАВА 4 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ В РАЗЛИЧНЫХ ПРЕДМЕТНЫХ ОБЛАСТЯХ
41 Способ очистки воздуха и установка для его реализации
42 Влагоотделитель
43 Инженерная методика расчета определения рациональных режимов функционирования разнотемпературного конденсационного фильтра
44 Примеры реализации результатов исследований ОСНОВНЫЕ
ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ
Введение:
Актуальность темы. Сжатый воздух является производственным источником энергии и основным двигателем многих промышленных процессов, в больших объемах используется для питания пневматических и пневмогидравлических систем. Также сжатый воздух широко применяется в лабораторных исследованиях и медицинских технологиях, при производстве электронной техники, в печатных технологиях, мобильных системах, точных инструментах и приборах [ 1 ].Необходимо отметить, что атмосферный воздух неизбежно содержит водяные пары и взвешенные частицы. Во время сжатия воздуха компрессор концентрирует эти частицы, кроме этого, могут добавиться еще и частицы масла. Остающиеся на выходе компрессора влага и частицы загрязнения в большинстве случаев приводят к снижению эффективности работы и даже выходу из строя оборудования, поэтому для эффективного применения воздуха в производственных процессах он должен быть сухим и чистым [ 2 ].Многие промышленные предприятия еще не оснащены в достаточной степени необходимыми установками газоочистки, обеспечивающими требуемую степень очистки, а имеющееся оборудование устарело и требует замены [ 3 ].Удовлетворительная работа любой системы газоочистки зависит от правильного выбора принципа работы оборудования, качества его изготовления, монтажа и правильной эксплуатации.Анализ причин неудовлетворительной работы целого ряда газоочистных сооружений позволяет сделать вывод, что они в основном объясняются следующими моментами: несовершенством конструкции пыле-и золоулавливающего оборудования; высокими гидравлическими сопротивлениями, определяющими повышенные энергозатраты в тягодутьевом тракте, невозможностью автоматической перестройки газоочистительных устройств, работающих по отличным от существующих принципам [ 4 ].В настоящее время практически нет надёжных, простых и сравнительно дешёвых эффективных способов и устройств очистки воздуха и газовых выбросов, имеющих высокие температуры и большие объёмы. Как показывают проведенные исследования [ 5 ], наиболее перспективным в этом отношении является использование конденсационных методов очистки и разработка на их основе разнотемпературных конденсационных фильтров.Работы в этом направлении проводятся в течение ряда последних лет [ 3 , 6 , 7 ] .Необходимо отметить, что, несмотря на достаточно большой объем теоретических исследований и полученный экспериментальный массив данных, до настоящего времени не удалось синтезировать математическую модель процессов тепломассопереноса с распределенными параметрами в очищаемом потоке газа, учитывающую специфику физико-химических явлений при образовании, росте и осаждении капель аэрозоля в проточных камерах конденсатора, что не позволяет в полной мере использовать преимущества разнотемпературных конденсационных фильтров [ 7 ].В предлагаемой работе основное внимание уделено исследованию физико-химических явлений при образовании, росте и осаждении капель при очистке воздуха или промышленных газообразных выбросов с использованием конденсационных методов.Работа выполнена в соответствии с научным направлением Воронежского государственного технического университета «Физико-технические проблемы энергетики» в рамках ГБ 2007.12 (Гос. регистр.01.2.00.409970).Целью работы является моделирование тепломассообменного процесса очистки газовых потоков от жидкостных аэрозольных частиц, разработка методики расчета и аппаратурного оформления разнотемпературного конденсационного фильтра.Для достижения указанной цели поставлены следующие задачи: 1. Синтез математической модели тепломассообменных процессов очистки газовых потоков от жидкостных аэрозольных частиц и идентификация температурных полей в зоне конденсации.2. Создание пилотной установки и проведение экспериментов для исследования процесса очистки и проверки адекватности разработанной математической модели.3. Построение методики инженерного расчета рациональных режимов функционирования разнотемпературного конденсационного фильтра и разработка технических рекомендаций по способу и аппаратурному оформлению процесса очистки газовых потоков от жидкостных аэрозольных примесей.Для решения поставленных задач автором использовался комплексный метод их решения, включающий анализ научно-технического состояния вопроса по отечественным и зарубежным публикациям, изучение опыта смежных предприятий и институтов, анализ результатов научно-исследовательских работ и автономных испытаний модельных камер, их сопоставление с расчетными данными и результатами испытаний в составе установок для очистки воздуха, обобщение полученных данных, что позволило, в конечном итоге, осуществить разработку научно обоснованных методов и средств, позволяющих повысить эффективность очистки воздуха и газообразных промышленных выбросов.Методы исследований. Полученные в работе результаты базируются на принципах и законах физико-химической гидродинамики, теории тепло- и массообмена для газообразных веществ, методах математического моделирования с использованием средств вычислительной техники.В экспериментальных исследованиях применялись современные методики обработки результатов испытаний, системы регистрации и обработки параметров.Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечена корректным применением в теоретических исследованиях законов физико-химической гидродинамики, теории тепло - и массообмена, теории абсорбции и десорбции газов, апробированных методик инженерных расчетов основных процессов и аппаратов химической технологии, а также экспериментальными данными, полученными на аттестованных лабораторных установках, стендах и объектах эксплуатации.Основные выводы и положения диссертации учитывают физические особенности исследуемых процессов. Разработанные методики подтверждаются удовлетворительным согласованием расчетных данных и экспериментальных результатов.Научная новизна: - сопряженная математическая модель тепломассообмена с распределенными параметрами, отличающаяся учитыванием специфики физико-химических явлений переноса при образовании, росте и осаждении капель аэрозоля в разнотемпературном канале конденсатора, позволяющая определять величины потоков конденсата на стенки конденсатора и на выходе из него; - оригинальная запатентованная конструкция пилотной конденсационной установки для очистки газовых потоков в разнотемпературном канале, отличающаяся организацией массового потока аэрозоля в поперечном направлении и продлением ресурса доочистки; - способ очистки газовых потоков в разнотемпературном канале, отличающийся созданием пересыщения гетерогенной смеси, последующим образованием, ростом и осаждением жидкостных аэрозольных частиц в конденсационной камере; - методика инженерного расчета разнотемпературного конденсационного фильтра, позволяющая повысить эффективность очистки воздуха и других газообразных промышленных выбросов путем выбора рациональных режимов функционирования.Практическая значимость работы.Результаты выполненных теоретических и экспериментальных исследований могут быть использованы в качестве научной основы для новых технических и технологических решений в области очистки промышленных газов от аэрозольных включений.Разработана и испытана конденсационная установка, позволяющая более эффективно производить очистку газовых потоков, новизна конструкции и принцип работы которой защищены патентом на изобретение.Полученные аналитические соотношения использованы при разработке инженерной методики расчета разнотемпературного конденсационного фильтра.Результаты диссертационной работы используются в производственном процессе Воронежской ТЭЦ-1 и | Д О А О «Газпроектинжиниринг» г. Воронежа Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на Седьмой Международной научно -технической конференции и школе молодых ученых, аспирантов и студентов «Авиакосмические технологии АКТ - 2006» (Воронеж, 2006); Международной конференции и Российской научной школе «Системные проблемы надёжности, качества, информационных и электронных технологий (Инноватика)» (Москва-Сочи, 2006); Третьей Российской школе-семинаре молодых учёных и специалистов «Энергосбережение - теория и практика» (Москва, 2006); научно-технических конференциях молодых учёных, аспирантов и студентов «Физико-технические проблемы энергетики экологии и энергоресурсосбережения» (Воронеж, 2005-2007).Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 14 научных работах, в том числе 3 - в издании, рекомендованном ВАК РФ, получены 2 патента РФ на изобретение.Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, основных результатов работы, списка литературы из 109 наименований, 3 приложений. Основная часть работы изложена на 179 страницах, содержит 44 рисунка и 9 таблиц.Основное содержание работы.Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цель и задачи исследования, представлены научная новизна и практическая значимость результатов работы.В первой главе представлена классификация отраслей промышленности и предметные задачи, в которых используется очистка газов и приведены результаты исследований подходов к моделированию и расчету явлений переноса при осаждении аэрозолей из газовой смеси.Проанализированы существующие методы очистки газовых потоков и конструкции очистных аппаратов, в которых осуществляются эти способы, приведены их характеристики, отмечены их достоинства и недостатки.Сделан вывод о необходимости разработки модели тепломассообмена, учитывающей специфику физико-химических явлений при образовании, росте и осаждении капель аэрозоля в проточных камерах конденсатора, позволяющей в полной мере использовать преимущества конденсационных фильтров, и создании инженерной методики расчета на ее основе, адаптируемой под конкретные предметные области.Вторая глава посвящена моделированию процессов тепломассообменного переноса в гетерогенной системе «газ - капельная жидкость» между поверхностями неодинаковой температуры на основе сопряженного рассмотрения потоков теплоты и массы. Осуществлена идентификация температурных полей в зоне конденсации при движении потока газа. Синтезирована кинетическая модель зародышеобразования, роста и осаждения капель жидкости в рабочей камере при движении потока, приведено решение и проведен анализ уравнений модели. Осуществлен вычислительный эксперимент по математической модели.В третьей главе приведены результаты экспериментальных исследований процесса очистки газового потока в разнотемпературном канале. Представлена конструкция разнотемпературной конденсационной камеры для создания пересыщения проходящего газового потока. Приведено описание установки для исследования работы модельной камеры и представлено метрологическое обеспечение приборного оснащения •установки. Представлены методика проведения экспериментальных работ и методика обработки полученных экспериментальных данных. Указаны мероприятия по оптимизации конструкции установки и способа проведения процесса.Четвертая глава посвящена практическому использованию результатов исследований в различных предметных областях. Представлено описание одного патента и одной заявки на изобретение, по которой получено положительное решение. Приведены примеры реализации результатов работы.На основании результатов проведенных теоретических и экспериментальных исследований разработана инженерная методика расчета определения рациональных режимов функционирования разнотемпературного конденсационного фильтра.В приложениях приведены результаты экспериментов; представлены патенты на изобретение и акты внедрения результатов диссертационной работы.Общие выводы и результаты исследований приведены в конце диссертации.
